Z elektriko nad raka
V otroštvu je sanjala, da bo zdravnica, a je, na srečo dovolj zgodaj, ugotovila, da nima želodca za kri, ki spremlja zdravniški poklic.
Odpri galerijo
Dr. Janja Dermol-Černe
Foto Voranc Vogel/delo
V otroštvu je sanjala, da bo zdravnica, a je, na srečo dovolj zgodaj, ugotovila, da nima želodca za kri, ki spremlja zdravniški poklic. Željo pomagati sočloveku zdaj izpolnjuje v laboratorijih ljubljanske fakultete za elektrotehniko, kjer so med prvimi na svetu uporabljali elektroporacijo za namene zdravljenja rakavih tumorjev.
Elektroporacija je postopek, pri katerem celice izpostavimo električnemu polju določene jakosti in trajanja, da se poveča prepustnost celične membrane, pripoveduje dr. Janja Dermol-Černe, ko nas vodi po počitniško praznih hodnikih fakultete, ki jih med študijskim letom polni študentski vrvež. To sicer suhoparno spoznanje znanosti je v zadnjih desetih letih verjetno rešilo že na tisoče življenj ljudi, ki so zboleli za rakom. Zaradi povečane prepustnosti celice, ki jo sproži človek z uporabo elektrike, lahko v celico prodrejo molekule zdravilne učinkovine, kot so kemoterapevtiki pri rakavih celicah ali druge učinkovine, ki bi jih celica sicer zavrnila.
To dokaj sveže spoznanje znanosti je pred kakšnim desetletjem takrat gimnazijka bežigrajske gimnazije odkrila v brošuri fakultete za elektrotehniko, s katero je ta vabila mlade na študij elektrotehnike. V tistem trenutku je spoznala, da je biomedicinska tehnika dobra alternativa njeni filantropski želji. Stoodstotna odličnjakinja in zlata maturantka se je jeseni 2009 vpisala na elektrofakulteto in nekaj let pozneje za magistrsko delo na to temo prejela univerzitetno Prešernovo nagrado.
Zdaj 27-letna raziskovalka v Laboratoriju za biokibernetiko je že v drugem letniku fakultete pisala predstojniku laboratorija, prof. dr. Damijanu Miklavčiču, ali bi smela tudi ona kakor koli pomagati pri njihovem laboratorijskem delu.
Boljšega sprejema si ni mogla želeti; ekipa pod vodstvom prof. dr. Miklavčiča ji je na široko odprla vrata in ji omogočila dostop do kakovostnih gradiv, ki so v marsičem tudi plod domačih raziskav. Laboratorij za biokibernetiko je namreč ena uspešnejših zgodb slovenskega raziskovanja, ki jo je že pred četrt stoletja začel pisati profesor Miklavčič prav z raziskavami, kako z elektroporacijo, ki je danes razširjena že tudi v industriji, predvsem živilski, zdraviti tako površinske kot globlje ležeče rakave tumorje.
Tudi mlada raziskovalka je pod profesorjevim mentorstvom hitro napredovala in se, pravi, priučila bioloških poskusov. Ti so namreč specifika fakultete, za katero v javnosti velja prepričanje, da jo zanimajo samo električni tokovi. Pravzaprav je to res, a ta naravna sila nastopa v velikem spektru različnih frekvenc tudi v človekovem telesu, katerega osnovni gradnik so celice.
Marsikdo je zato presenečen, ko mu v kleti razkažejo celične laboratorije z generatorji eksponentnih, nanosekundnih in biopolarnih pulzov, pretočni citometer, spektrofluorometre, različne mikroskope in inkubatorje, v katerih gojijo žive celične kulture za različne poskuse. Elektroinženirji izvajajo poskuse skupaj z biologi, kemiki, farmacevti in mikrobiologi. Biomedicinska tehnika, ki se ukvarja z razvojem kibernetskih pripomočkov od srčnih spodbujevalnikov do metod za obdelavo medicinskih slik, je postala pred nekaj leti samostojna študijska smer in interdisciplinarni študij.
V teh laboratorijih, pogosto ves dan sključena k mikroskopu v temnem zaprtem prostoru, preživlja svoje delovne dni tudi Janja Dermol-Černe. Še vedno je navdušena, da lahko iz dneva v dan ponavlja eksperimente, v katerih opazuje spremenljivke, ki vplivajo na uspešnost elektrokemoterapijskega postopka. Znanost mora služiti človeku, da se mu lahko pomaga in da izboljšamo človekov način življenja, je idealistično prepričana mlada doktorantka, ki veliko svojega časa nameni delu. Kadar ni v laboratoriju, pa o svojem delu, v katero je popolnoma vpeta, razmišlja, bodisi doma bodisi na sprehodu. Z njeno strastjo do dela se lahko primerja le še strast do potovanj, in obe deli z možem Matevžem, s katerim v prostem času redno posodabljata gurmansko-potovalni blog eatseetravel.net.
Velika spodbuda njej in kakšni dvajseterici kolegov na oddelku je gotovo čedalje večja učinkovitost elektrokemoterapije pri zdravljenju raka. Po najnovejših podatkih ta postopek, katerega bistvo je, da je – v primerjavi z drugimi – le minimalno invaziven, uporablja že približno poldruga stotnija bolnišnic po vsej Evropi. Za takšno zdravljenje je potrebna, poleg kemoterapevtskega zdravila, le elektroporacijska naprava, ki med elektrode dovede takšne električne impulze, da se celice nanje odzovejo s povišano prepustnostjo membrane.
Doslej je bilo na ta način v Evropi zdravljenih že okoli 20 tisoč bolnikov, večinoma s kožnimi metastazami. Laboratorij za biokibernetiko plodno sodeluje s prof. dr. Gregorjem Seršo z ljubljanskega onkološkega inštituta ter s kirurgi z UKC Ljubljana, kjer tudi s tem postopkom že rešujejo življenja.
A novejše raziskave obnašanja celične membrane obetajo še veliko več. Čeprav je vsaka celica obdarjena z modrostjo vzdrževanja nenehnega ravnotežja, je, kot rečeno, mogoče njeno pamet z ustreznimi električnimi impulzi toliko prelisičiti, da skozi svoje membrane prepusti tudi snovi, ki jih drugače ne bi. Takšne snovi pa so lahko tudi tako imenovani plazmidi, večinoma dvovijačne molekule DNK, ki so sposobne podvojevanja, neodvisno od kromosomske DNK. »Celico lahko tako preprogramiramo, da začne proizvajati molekule, ki vplivajo na imunski sistem, da se ta aktivira, prepozna takšne molekule kot sovražne in začne uničevati rakaste celice,« pripoveduje znanstvenica, navdušena nad tem, da lahko s svojimi očmi pod mikroskopom opazuje, kako v mikrovesolju gojenih celic potekajo bitke, ki utegnejo usodno vplivati na naša življenja.
Pred temi dognanji so v postopku zdravljenja raka plazmide tihotapili v celice z uporabo virusov. Zdaj zadostuje ustrezno električno polje, da se membrane same odprejo plazmidom ali kemoterapevtikom. Zaradi napredka pri raziskavah teh procesov je mogoče bolj ciljano zdravljenje raka ob hkrati manjših odmerkih potrebnega kemoterapevtskega sredstva, kar pomeni, da so manjši tudi njegovi, pogosto zelo neprijetni stranski učinki.
Marsikaj v zvezi s temi postopki jim še vedno ni jasno, z znanstveno odkritostjo priznava mlada znanstvenica. Celica, čeprav neizmerno majhna gradnica življenja, je namreč izjemno kompleksna zadeva. Ob proučevanju celic se v laboratoriju ukvarjajo tudi s proučevanjem univerzalne komponente vseh celic – lipidnih dvoslojev, dveh plasti maščobnih molekul, v katerih pri ustreznem električnem polju nastanejo pore, skozi katere lahko v celico prehajajo zdravilne učinkovine. Te luknjice so tako majhne, da jih ne morejo zaznati z nobenimi mikroskopi, poleg tega nastanejo bliskovito, v nekaj milisekundah, in se tudi hitro zaprejo. Kljub temu da se pore zaprejo, transport v celico teče naprej; zakaj in kako, tega pa še ne vedo, skomigne raziskovalka.
Čeprav za zdaj luknjičavo, pa se je znanje o vedenju celične membrane ponudilo pri reševanju še veliko težje uganke o nastanku življenja. Kolega z oddelka prof. dr. Tadej Kotnik je pred kratkim objavil odmevno hipotezo, da je življenje morda postalo tako raznoliko prav zaradi lastnosti membrane, da se odpre pod vplivom ustreznega električnega polja. V naravi lahko takšno polje ustvarijo udarci strele in za časa mikroorganizmov na tem planetu je atmosferska elektrika povzročila odpiranje celičnih membran ter s tem prenos genov med različnimi organizmi.
Dr. Janja Dermol-Černe se zdaj ukvarja z meritvami, koliko terapevtika lahko sprejmejo rakave celice pri različnih jakostih električnih impulzov, ki so jih opravili kolegi z Inštituta Jožef Stefan in Onkološkega inštituta Ljubljana. Primerjava teh meritev z modelom, ki ga je razvila ona s celičnimi kulturami, in skupaj z eksperimentalnimi rezultati kolegov z Onkološkega inštituta Ljubljana je pokazala zanesljivost njenega modela, kar pomeni, da se bo lahko v tej veji raziskovanja zmanjšalo število poskusov na živalih.
Tako njo kot številne druge znanstvenike fascinirajo nove možnosti zdravilne uporabe tehnike tega postopka. Sodelovanje in izmenjava informacij sta na tem področju znanstvenega raziskovanja še vedno temeljna postulata njihovega dela. Zato je v laboratorijih za biomedicinsko tehniko vedno veliko gostov in obiskovalcev iz tujine, ki jih zanimajo dognanja raziskovalcev z ljubljanske fakultete za elektrotehniko, hkrati pa tudi naši raziskovalci obiskujejo tuje laboratorije. Janja je dva meseca prebila na raziskovalnem delu na ameriškem inštitutu za bioelektriko v Norfolku in v tem času ugotovila, v čem se razlikujeta in dopolnjujeta njena in gostujoča ustanova, kar je omogočilo nekaj novih spoznanj.
Elektroporacija je postopek, pri katerem celice izpostavimo električnemu polju določene jakosti in trajanja, da se poveča prepustnost celične membrane, pripoveduje dr. Janja Dermol-Černe, ko nas vodi po počitniško praznih hodnikih fakultete, ki jih med študijskim letom polni študentski vrvež. To sicer suhoparno spoznanje znanosti je v zadnjih desetih letih verjetno rešilo že na tisoče življenj ljudi, ki so zboleli za rakom. Zaradi povečane prepustnosti celice, ki jo sproži človek z uporabo elektrike, lahko v celico prodrejo molekule zdravilne učinkovine, kot so kemoterapevtiki pri rakavih celicah ali druge učinkovine, ki bi jih celica sicer zavrnila.
Priučitev bioloških poskusov
To dokaj sveže spoznanje znanosti je pred kakšnim desetletjem takrat gimnazijka bežigrajske gimnazije odkrila v brošuri fakultete za elektrotehniko, s katero je ta vabila mlade na študij elektrotehnike. V tistem trenutku je spoznala, da je biomedicinska tehnika dobra alternativa njeni filantropski želji. Stoodstotna odličnjakinja in zlata maturantka se je jeseni 2009 vpisala na elektrofakulteto in nekaj let pozneje za magistrsko delo na to temo prejela univerzitetno Prešernovo nagrado.
Zdaj 27-letna raziskovalka v Laboratoriju za biokibernetiko je že v drugem letniku fakultete pisala predstojniku laboratorija, prof. dr. Damijanu Miklavčiču, ali bi smela tudi ona kakor koli pomagati pri njihovem laboratorijskem delu.
Boljšega sprejema si ni mogla želeti; ekipa pod vodstvom prof. dr. Miklavčiča ji je na široko odprla vrata in ji omogočila dostop do kakovostnih gradiv, ki so v marsičem tudi plod domačih raziskav. Laboratorij za biokibernetiko je namreč ena uspešnejših zgodb slovenskega raziskovanja, ki jo je že pred četrt stoletja začel pisati profesor Miklavčič prav z raziskavami, kako z elektroporacijo, ki je danes razširjena že tudi v industriji, predvsem živilski, zdraviti tako površinske kot globlje ležeče rakave tumorje.
Velika spodbuda njej in kakšni dvajseterici kolegov na oddelku je gotovo čedalje večja učinkovitost elektrokemoterapije pri zdravljenju raka. FOTO: Jure Eržen/Delo
Tudi mlada raziskovalka je pod profesorjevim mentorstvom hitro napredovala in se, pravi, priučila bioloških poskusov. Ti so namreč specifika fakultete, za katero v javnosti velja prepričanje, da jo zanimajo samo električni tokovi. Pravzaprav je to res, a ta naravna sila nastopa v velikem spektru različnih frekvenc tudi v človekovem telesu, katerega osnovni gradnik so celice.
Marsikdo je zato presenečen, ko mu v kleti razkažejo celične laboratorije z generatorji eksponentnih, nanosekundnih in biopolarnih pulzov, pretočni citometer, spektrofluorometre, različne mikroskope in inkubatorje, v katerih gojijo žive celične kulture za različne poskuse. Elektroinženirji izvajajo poskuse skupaj z biologi, kemiki, farmacevti in mikrobiologi. Biomedicinska tehnika, ki se ukvarja z razvojem kibernetskih pripomočkov od srčnih spodbujevalnikov do metod za obdelavo medicinskih slik, je postala pred nekaj leti samostojna študijska smer in interdisciplinarni študij.
Skokovita rast terapij
V teh laboratorijih, pogosto ves dan sključena k mikroskopu v temnem zaprtem prostoru, preživlja svoje delovne dni tudi Janja Dermol-Černe. Še vedno je navdušena, da lahko iz dneva v dan ponavlja eksperimente, v katerih opazuje spremenljivke, ki vplivajo na uspešnost elektrokemoterapijskega postopka. Znanost mora služiti človeku, da se mu lahko pomaga in da izboljšamo človekov način življenja, je idealistično prepričana mlada doktorantka, ki veliko svojega časa nameni delu. Kadar ni v laboratoriju, pa o svojem delu, v katero je popolnoma vpeta, razmišlja, bodisi doma bodisi na sprehodu. Z njeno strastjo do dela se lahko primerja le še strast do potovanj, in obe deli z možem Matevžem, s katerim v prostem času redno posodabljata gurmansko-potovalni blog eatseetravel.net.
Dr. Janja Dermol-Černe. FOTO: Voranc Vogel/Delo
Velika spodbuda njej in kakšni dvajseterici kolegov na oddelku je gotovo čedalje večja učinkovitost elektrokemoterapije pri zdravljenju raka. Po najnovejših podatkih ta postopek, katerega bistvo je, da je – v primerjavi z drugimi – le minimalno invaziven, uporablja že približno poldruga stotnija bolnišnic po vsej Evropi. Za takšno zdravljenje je potrebna, poleg kemoterapevtskega zdravila, le elektroporacijska naprava, ki med elektrode dovede takšne električne impulze, da se celice nanje odzovejo s povišano prepustnostjo membrane.
Doslej je bilo na ta način v Evropi zdravljenih že okoli 20 tisoč bolnikov, večinoma s kožnimi metastazami. Laboratorij za biokibernetiko plodno sodeluje s prof. dr. Gregorjem Seršo z ljubljanskega onkološkega inštituta ter s kirurgi z UKC Ljubljana, kjer tudi s tem postopkom že rešujejo življenja.
A novejše raziskave obnašanja celične membrane obetajo še veliko več. Čeprav je vsaka celica obdarjena z modrostjo vzdrževanja nenehnega ravnotežja, je, kot rečeno, mogoče njeno pamet z ustreznimi električnimi impulzi toliko prelisičiti, da skozi svoje membrane prepusti tudi snovi, ki jih drugače ne bi. Takšne snovi pa so lahko tudi tako imenovani plazmidi, večinoma dvovijačne molekule DNK, ki so sposobne podvojevanja, neodvisno od kromosomske DNK. »Celico lahko tako preprogramiramo, da začne proizvajati molekule, ki vplivajo na imunski sistem, da se ta aktivira, prepozna takšne molekule kot sovražne in začne uničevati rakaste celice,« pripoveduje znanstvenica, navdušena nad tem, da lahko s svojimi očmi pod mikroskopom opazuje, kako v mikrovesolju gojenih celic potekajo bitke, ki utegnejo usodno vplivati na naša življenja.
O raznolikosti življenja
Pred temi dognanji so v postopku zdravljenja raka plazmide tihotapili v celice z uporabo virusov. Zdaj zadostuje ustrezno električno polje, da se membrane same odprejo plazmidom ali kemoterapevtikom. Zaradi napredka pri raziskavah teh procesov je mogoče bolj ciljano zdravljenje raka ob hkrati manjših odmerkih potrebnega kemoterapevtskega sredstva, kar pomeni, da so manjši tudi njegovi, pogosto zelo neprijetni stranski učinki.
Marsikaj v zvezi s temi postopki jim še vedno ni jasno, z znanstveno odkritostjo priznava mlada znanstvenica. Celica, čeprav neizmerno majhna gradnica življenja, je namreč izjemno kompleksna zadeva. Ob proučevanju celic se v laboratoriju ukvarjajo tudi s proučevanjem univerzalne komponente vseh celic – lipidnih dvoslojev, dveh plasti maščobnih molekul, v katerih pri ustreznem električnem polju nastanejo pore, skozi katere lahko v celico prehajajo zdravilne učinkovine. Te luknjice so tako majhne, da jih ne morejo zaznati z nobenimi mikroskopi, poleg tega nastanejo bliskovito, v nekaj milisekundah, in se tudi hitro zaprejo. Kljub temu da se pore zaprejo, transport v celico teče naprej; zakaj in kako, tega pa še ne vedo, skomigne raziskovalka.
Čeprav za zdaj luknjičavo, pa se je znanje o vedenju celične membrane ponudilo pri reševanju še veliko težje uganke o nastanku življenja. Kolega z oddelka prof. dr. Tadej Kotnik je pred kratkim objavil odmevno hipotezo, da je življenje morda postalo tako raznoliko prav zaradi lastnosti membrane, da se odpre pod vplivom ustreznega električnega polja. V naravi lahko takšno polje ustvarijo udarci strele in za časa mikroorganizmov na tem planetu je atmosferska elektrika povzročila odpiranje celičnih membran ter s tem prenos genov med različnimi organizmi.
Morda se bolnikom kaže bolj svetla prihodnost. FOTO: Jure Eržen/Delo
Dr. Janja Dermol-Černe se zdaj ukvarja z meritvami, koliko terapevtika lahko sprejmejo rakave celice pri različnih jakostih električnih impulzov, ki so jih opravili kolegi z Inštituta Jožef Stefan in Onkološkega inštituta Ljubljana. Primerjava teh meritev z modelom, ki ga je razvila ona s celičnimi kulturami, in skupaj z eksperimentalnimi rezultati kolegov z Onkološkega inštituta Ljubljana je pokazala zanesljivost njenega modela, kar pomeni, da se bo lahko v tej veji raziskovanja zmanjšalo število poskusov na živalih.
Tako njo kot številne druge znanstvenike fascinirajo nove možnosti zdravilne uporabe tehnike tega postopka. Sodelovanje in izmenjava informacij sta na tem področju znanstvenega raziskovanja še vedno temeljna postulata njihovega dela. Zato je v laboratorijih za biomedicinsko tehniko vedno veliko gostov in obiskovalcev iz tujine, ki jih zanimajo dognanja raziskovalcev z ljubljanske fakultete za elektrotehniko, hkrati pa tudi naši raziskovalci obiskujejo tuje laboratorije. Janja je dva meseca prebila na raziskovalnem delu na ameriškem inštitutu za bioelektriko v Norfolku in v tem času ugotovila, v čem se razlikujeta in dopolnjujeta njena in gostujoča ustanova, kar je omogočilo nekaj novih spoznanj.
